JP2001292580A - 出力欠相検出方法および装置、並びにインバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータ装置から出力されている３相交流
電流の振幅レベルが小さい場合でも、確実に出力欠相を
検出する。 【解決手段】 ハイパスフィルタ回路７ａは、インバー
タ装置から出力されている３相交流電流の各相の電流値
Ｉ_U、Ｉ_V、Ｉ_Wからオフセット成分が除去された電流値
Ｉ_1U、Ｉ_1V、Ｉ_1Wを出力する。絶対値検出回路７ｂは、
電流値Ｉ_1U、Ｉ_1V、Ｉ_1Wの絶対値Ｉ_2U、Ｉ_2V、Ｉ_2Wを出
力する。ローパスフィルタ回路７ｃは、絶対値Ｉ_2U、Ｉ
_2V、Ｉ_2Wを平滑化した絶対値Ｉ_3U、Ｉ_3V、Ｉ_3Wを出力す
る。出力欠相検出装置７は、絶対値Ｉ_3U、Ｉ_3V、Ｉ_3Wに
基づいて出力欠相の検出を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータ装置か
ら出力される各相の出力欠相を検出する出力欠相検出お
よび装置、並びにその出力欠相検出方法および装置を用
いたインバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、交流電動機６を駆動制御するイ
ンバータ装置の構成を示すブロック図である。このイン
バータ装置は、電流制御回路１と、座標変換器２と、Ｐ
ＷＭ発生回路３と、電力変換器４と、電流検出器５と、
出力欠相検出装置１７と、インバータ保護回路８とを備
えている。

【０００３】電流制御回路１は、上位装置（不図示）か
ら電流指令値Ｉ_refと、電流検出器５によって検出され
た電力変換器４から交流電動機６に出力されている各相
の電流の値Ｉ_U、Ｉ_V、Ｉ_Wとを入力し、その電流指令値
Ｉ_refと、各相の電流値Ｉ_U、Ｉ_V、Ｉ_Wから成る電流ベク
トルとの偏差から、電圧指令値Ｖ_refおよび位相角θ_{r ef}
を計算して出力する。

【０００４】座標変換器２は、電圧指令値Ｖ_refおよび
位相角θ_refを入力し、電圧指令値Ｖ _refおよび位相角θ
_refから交流電動機６の各相の電圧指令値を求めて出力
する。パルス幅変調（以降 ＰＷＭ）発生回路３は、座
標変換器２から出力された、交流電動機６の各相の電圧
指令値を入力してＰＷＭ制御方式によりＰＷＭパルス信
号を生成する。

【０００５】電力変換器４では、トランジスタやダイオ
ードなどのパワー素子によって構成されるスイッチング
回路が交流電動機６の各相に接続されている。スイッチ
ング回路には、直流電圧が印加されており、電力変換器
４は、ＰＷＭ発生回路３から出力されたＰＷＭパルス信
号を入力し、そのＰＷＭパルス信号によってそれらのス
イッチング回路をスイッチングして、直流電圧を任意の
周波数の３相交流電圧に変換して交流電動機６を駆動す
る。

【０００６】このようなインバータ装置は、交流電動機
６に出力される３相の電流のうち、いずれか１相の電流
でも供給することができなくなれば、交流電動機６を正
常に駆動することが困難となる。このような現象を出力
欠相という。インバータ装置では、この出力欠相を検出
することが重要な課題の１つである。

【０００７】そこで、図４に示すインバータ装置では、
出力欠相検出装置１７と、インバータ保護回路８とを備
えている。出力欠相検出装置１７は、電流検出器５によ
って検出された３相の電流値Ｉ_U、Ｉ_V、Ｉ_Wと、電流指
令値Ｉ_refとに基づいて、出力欠相検出を行い、出力欠
相を検出した場合にはインバータ保護回路８に欠相検出
信号を出力する。インバータ保護回路８は、出力欠相検
出装置１７から欠相検出信号が入力された場合に、イン
バータ装置を停止させる等の保護動作を行う。

【０００８】図５は、従来の出力欠相検出装置１７の構
成を示すブロック図である。従来の出力欠相検出装置１
７は、絶対値検出回路７ｂと、運転状態比較回路７ｄ
と、欠相状態検出回路７ｅと、継続時間比較回路７ｆ
と、論理積回路群７ｋとから構成されている。論理積回
路群７ｋは、アンド回路７ｕ、７ｖ、７ｗから構成され
ている。

【０００９】絶対値検出回路７ｂは、電流検出器５によ
って検出された３相の電流値Ｉ_U、Ｉ_V、Ｉ_Wを入力し、
３相の電流値Ｉ_U、Ｉ_V、Ｉ_Wの絶対値Ｉ_4U、Ｉ_4V、Ｉ_4W
を出力する。欠相状態検出回路７ｅは、絶対値検出回路
７ｂから出力される各相の電流の絶対値Ｉ_4U、Ｉ_4V、Ｉ
_4Wと第２の所定の値である基準値Ｃ₂とを比較して、第
２の信号である信号ａ_2U、ａ_2V、ａ_2Wのうち、絶対値Ｉ
_4U、Ｉ_4V、Ｉ_4Wが基準値Ｃ₂より小さい相の信号を出力
する。

【００１０】一方、運転状態比較回路７ｄは、電流指令
値Ｉ_refを入力し、電流指令値Ｉ_refと第１の所定の値で
ある基準値Ｃ₁との比較を行う。運転状態比較回路７ｄ
は、電流指令値Ｉ_refが第１の所定の値である基準値Ｃ₁
よりも大きい場合、信号ａ₁を出力している。電流指令
値Ｉ_refが小さい場合には、インバータ装置から出力さ
れる各相の電流の振幅レベルも小さいため、出力欠相の
検出を行うことができない。信号ａ₁が出力されている
ということは、インバータ装置から出力される各相の電
流の振幅レベルが出力欠相を検出できるレベルにあると
いうことを意味している。

【００１１】アンド回路７ｕは、信号ａ₁と信号ａ_2Uと
が両方入力されている場合には、第３の信号である信号
ａ_3Uを出力する。同様に、アンド回路７ｖ、７ｗも同様
に、信号ａ₁と信号ａ_2V、ａ_2Wとが両方入力されている
場合には、第３の信号である信号ａ_3V、ａ_3Wを出力す
る。継続時間比較回路７fは、信号ａ_3U、ａ_3V、ａ_3Wを
入力し、その信号ａ_3U、ａ_3V、ａ_3Wが出力されている時
間をカウントし、それらの信号ａ_3U、ａ_3V、ａ_3Wの出力
のうち、いずれか１つの信号の出力が所定の時間Ｃ₃継
続された場合に、欠相を検出したと判断して欠相検出信
号を出力する。

【００１２】一方、図４に示す交流電動機６が誘導電動
機である場合、インバータ装置から出力される３相の電
流の振幅レベルは、交流電動機６が同期電動機であった
場合に比べて大きく、出力欠相検出装置１７は、任意の
インバータ装置の容量で、正常に出力欠相の検出を行う
ことができる。しかし、交流電動機６が同期電動機であ
る場合、インバータ装置から出力される３相の電流の振
幅レベルは、交流電動機６が誘導電動機である場合に比
べて極めて小さい。また、交流電動機６が同期電動機で
あって、インバータ装置の容量が小さいか、同期電動機
に連結された負荷が小さい場合には、インバータ装置か
ら出力される各相の電流の振幅レベルはさらに小さくな
る。インバータ装置から出力される各相の電流の振幅レ
ベルが小さい場合、それらの電流に含まれるリップル成
分またはオフセット成分の、インバータ装置から出力さ
れる各相の電流の振幅レベルに対する比率は大きくな
る。そのため、インバータ装置から出力される各相の電
流の振幅レベルが小さい場合、出力欠相検出装置１７で
は、リップル成分およびオフセット成分に起因する誤検
出や検出不能が発生していまうという問題があった。

【００１３】図６は、絶対値検出回路７ｂから出力され
る電流値Ｉ_Uの絶対値Ｉ_4Uの波形を示すグラフである。
図６に示すように、絶対値検出回路７ｂから出力される
絶対値Ｉ_4Uは、０（Ａ）と電流値Ｉ_Uの振幅値であるＩ
（Ａ）との間を周期的に変動している。ここで、出力欠
相検出装置１７は、一定のサンプリング周期ΔＴで離散
化された３相交流電流の各相の電流値Ｉ_U、Ｉ_V、Ｉ_Wお
よび電流指令Ｉ_refに基づいて、その一定サンプリング
周期ΔＴで動作するディジタル処理であったとする。そ
のサンプリング周期ΔＴが電流Ｉ_Uの絶対値Ｉ_4Uの変動
の周期にほぼ同じであったとすると、出力欠相検出装置
１７は、図６に示すように、電流値Ｉ_Uの絶対値Ｉ_4Uが
基準値Ｃ₂より低いタイミングでサンプリングを行って
いまう場合がある。このような状態が継続する時間が所
定の時間Ｃ₃に達すると、出力欠相検出装置１７は、Ｕ
相が欠相したと判断して出力欠相検出信号を出力してし
まう。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の出力欠相検出方法および装置は、以下に示す２つの問
題点を有している。 （１）インバータ装置から出力される各相の電流の振幅
レベルが小さい場合、それらの電流に含まれているリッ
プル成分およびオフセット成分の、電流の振幅レベルに
対する比率が大きくなる。そのため、従来の出力欠相検
出装置では、そのリップル成分およびオフセット成分に
起因する誤検出や検出不能が発生してしまう。 （２）出力欠相検出装置が一定のサンプリング周期で離
散化された各相の電流値に基づいて出力欠相を行う場
合、出力欠相検出装置は、各相の電流値が基準値より低
くなっているタイミングでサンプリングを行っていまう
状態が発生する場合がある。この状態が所定の時間継続
されると、出力欠相検出装置は、欠相したと判断して誤
検出を行ってしまう。

【００１５】本発明は、インバータ装置から出力される
各相の電流の振幅レベルが低い場合でも、確実に出力欠
相を検出することができる出力欠相検出方法および装置
を提供することを目的とする。

【００１６】また、本発明は、一定のサンプリング周期
で離散化された、インバータ装置から出力される各相の
電流値に基づいて出力欠相検出を行う場合でも、確実に
出力欠相を検出することができる出力欠相検出方法およ
び装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の出力欠相検出方法および装置では、インバ
ータ装置から出力されている３相交流電流の各相の電流
値に含まれているオフセット成分をハイパスフィルタ手
段で除去し、該ハイパスフィルタ手段によってオフセッ
ト成分が除去された各相の電流値の絶対値を求め、該各
相の電流値の絶対値をローパスフィルタ手段によって平
滑化し、上位装置から出力される電流指令値が第１の所
定の値より大きい状態で、前記ローパスフィルタ手段に
よって平滑化された前記各相の電流値の絶対値のうちの
いずれか１相の絶対値が第２の所定の値より小さい状態
が、所定の時間継続された場合に欠相を検出したと判断
する。

【００１８】本発明の出力欠相検出方法および装置で
は、ハイパスフィルタ手段とローパスフィルタ手段とを
用いることによって、各相の電流値に含まれるオフセッ
ト成分やリップル成分やノイズ成分を除去することがで
きるため、インバータ装置から出力される各相の電流の
振幅レベルが小さい場合でも確実に出力欠相を検出する
ことができる。

【００１９】また、本発明の出力欠相検出方法および装
置では、ローパスフィルタ手段を用いることによって各
相の電流値の絶対値が平滑化され、出力欠相が発生して
いない状態では各相の電流値の絶対値が常に一定レベル
以上の値となる。そのため、本発明の出力欠相検出方法
では、一定のサンプリング周期で離散化された、インバ
ータ装置から出力される各相の電流値に基づいて出力欠
相検出を行う場合でも、確実に出力欠相を検出すること
ができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態の欠相
検出方法および装置について図面を参照して詳細に説明
する。全図において、同一の符号がつけられている構成
要素は、すべて同一のものを示す。図１は、本実施形態
の欠相検出方法を用いたインバータ装置の構成を示すブ
ロック図である。図１のインバータ装置は、図４のイン
バータ装置に備えられている出力欠相検出装置１７の代
わりに、出力欠相検出装置７を備えている。出力欠相検
出装置７は、出力欠相検出装置１７と同様に、電流検出
器５によって検出された３相の電流値Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wと
電流指令値Ｉ_refとを入力して、出力欠相を検出した場
合には、インバータ保護回路８に対して欠相検出信号を
出力する。

【００２１】図２は、本実施形態の出力欠相検出装置７
の構成を示すブロック図である。図２に示すように、本
実施形態の出力欠相検出装置７は、ハイパスフィルタ回
路７ａと、絶対値演算回路７ｂと、ローパスフィルタ回
路７ｃと、運転状態比較回路７ｄと、欠相状態検出回路
７ｅと、継続時間比較回路７ｆと、論理積回路群７ｋと
から構成されている。論理積回路群７ｋは、アンド回路
７ｕ、７ｖ、７ｗから構成されている。

【００２２】図３は、本実施形態の出力欠相検出装置７
の動作を示すグラフである。図３では、各ブロック７ｈ
〜７ｊに、ハイパスフィルタ回路７ａと、絶対値演算回
路７ｂと、ローパスフィルタ回路７ｃとから出力される
各電流値の波形のグラフがそれぞれ示されている。図３
のブロック７ｇに示す波形は、インバータ装置から出力
されるＵ相の電流値Ｉ_uである。この電流値Ｉ_uは、角周
波数ωの正弦波にオフセット成分ΔＩが加えられたもの
である。

【００２３】ハイパスフィルタ回路７ａは、このＵ相の
電流値Ｉ_Uを入力し、電流値Ｉ_Uから電流オフセット成分
ΔＩを除去した電流値Ｉ_1Uを出力する。その電流値Ｉ_1U
はブロック７ｈに示されている。絶対値検出回路７ｂ
は、電流値Ｉ_1Uを入力し、その電流値Ｉ_1Uの絶対値Ｉ_2U
を出力する。絶対値Ｉ_2Uは、図３のブロック７ｉに示さ
れている。ローパスフィルタ回路７ｃは、絶対値Ｉ_2Uを
入力し、絶対値Ｉ_2Uを平滑化して図３のブロック７ｊに
示される絶対値Ｉ_3Uを出力する。欠相状態検出回路７ｅ
は、ローパスフィルタ回路７ｃから出力される絶対値Ｉ
_3Uが基準値Ｃ₂より小さい場合は、信号ａ_2Uを出力す
る。

【００２４】一方、運転状態比較回路７ｄは、電流指令
値Ｉ_refを入力し、電流指令値Ｉ_refと基準値Ｃ₁との比
較を行う。電流指令値Ｉ_refが基準値Ｃ₁よりも大きい場
合、運転状態比較回路７ｄは、インバータ装置から出力
されている電流の振幅レベルが欠相検出を開始するにふ
さわしい所定のレベルまで達していると判断して、信号
ａ₁を出力する。

【００２５】アンド回路７ｕは、信号ａ₁と信号ａ_2Uと
が両方入力されている場合には、信号ａ_3Uを出力する。
ハイパスフィルタ回路７ａと、絶対値演算回路７ｂと、
ローパスフィルタ回路７ｃと、欠相状態検出回路７ｅと
は、電流検出器５によって検出された電流値Ｉ_V、Ｉ_Wに
ついても、上述した電流値Ｉ_uと同様に処理を行う。継
続時間比較回路７ｆは、信号ａ_3U、ａ_3V、ａ_3Wが入力さ
れる時間をカウントし、それらの時間のいずれか１つの
時間が所定の時間Ｃ₃継続された場合、欠相検出信号を
出力する。

【００２６】上述したように、本実施形態の出力欠相検
出方法および装置７では、ハイパスフィルタ回路７ａと
ローパスフィルタ回路７ｃとを用いることによって、電
流検出器５によって検出された３相交流の各相の電流値
に含まれるオフセット成分やリップル成分やノイズ成分
を除去することができるため、インバータ装置から出力
される３相交流電流の振幅レベルが小さい場合でも確実
に出力欠相を検出することができる。

【００２７】また、本実施形態の出力欠相検出装置７
は、アナログ回路で構成されていてもよいし、一定のサ
ンプリング周期で離散化された各相の電流値および電流
指令値に基づいて、その一定のサンプリング周期で動作
を行うディジタル処理であってもよい。本実施形態の出
力欠相検出装置７では、ローパスフィルタ回路７ｃを用
いることによって絶対値検出回路７ｂから出力される各
相の電流値Ｉ_U、Ｉ_V、Ｉ _Wの絶対値Ｉ_2U、Ｉ_2V、Ｉ_2Wが
平滑化され、出力欠相が発生していない状態では出力欠
相の検出に用いられる電流値が常に一定レベル以上の値
となる。そのため、本実施形態の出力欠相検出装置７で
は、一定のサンプリング周期で離散化された各相の電流
値Ｉ_U、Ｉ_V、Ｉ_Wに基づいて出力欠相検出を行う場合で
も、確実に出力欠相を検出することができる。

【００２８】さらに、本実施形態の出力欠相検出方法お
よび装置７は誘導電動機や同期電動機のような交流電動
機６のインバータ装置に用いられるものであるとした
が、本実施形態の出力欠相検出方法および装置７は電磁
攪拌機のような誘導性負荷に交流電圧を供給するインバ
ータ装置に用いられてもよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明の出力欠相検出方法および装置
は、以下に示す２つの効果を有する。 （１） ハイパスフィルタ回路とローパスフィルタ回路
とを用いることによって、検出された各相の電流値に含
まれるオフセット成分やリップル成分やノイズ成分を除
去することができるため、インバータ装置から出力され
る３相交流電流の振幅レベルが小さい場合でも、確実に
出力欠相を検出することができる。 （２） ローパスフィルタ回路によって絶対値検出回路
から出力される各相の電流値の絶対値は平滑化され、出
力欠相が発生していない状態では絶対値検出回路から出
力される各相の電流値の絶対値は常に一定レベル以上の
値となる。そのため、本発明の出力欠相検出方法および
装置では、一定のサンプリング周期で離散化された各相
の電流値に基づいて出力欠相検出を行う場合でも、確実
に出力欠相を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の出力欠相検出方法を用い
たインバータ装置の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態の出力欠相検出装置の構成
を示すブロック図である。

【図３】本発明の一実施形態の出力欠相検出装置の動作
を示すグラフである。

【図４】従来の出力欠相検出方法を用いたインバータ装
置の構成を示すブロック図である。

【図５】従来の出力欠相検出装置の構成を示すブロック
図である。

【図６】従来の出力欠相検出装置における絶対値検出回
路から出力される電流の波形を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 電流制御回路 ２ 座標変換器 ３ ＰＷＭ発生回路 ４ 電力変換器 ５ 電流検出器 ６ 交流電動機 ７、１７ 出力欠相検出装置 ８ インバータ保護回路 ７ａ ハイパスフィルタ回路 ７ｂ 絶対値演算回路 ７ｃ ローパスフィルタ回路 ７ｄ 欠相状態検出回路 ７ｅ 運転状態比較回路 ７ｆ 継続時間比較回路 ７ｋ 論理積回路群 ７ｕ、７ｖ、７ｗ アンド回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小黒 龍一 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内 Ｆターム(参考） 5G058 BB01 BC01 BC02 BC16 CC04 5H007 AA06 BB06 CB05 DA05 DB02 DC02 EA02 FA13 GA08 5H740 BA01 BA11 BB05 BB08 MM11

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インバータ装置から出力されている３相
   交流電流の各相の電流値に含まれているオフセット成分
   をハイパスフィルタ手段で除去し、 該ハイパスフィルタ手段によってオフセット成分が除去
   された各相の電流値の絶対値を求め、 該各相の電流値の絶対値をローパスフィルタ手段によっ
   て平滑化し、 上位装置から出力される電流指令値が第１の所定の値よ
   り大きい状態で、前記ローパスフィルタ手段によって平
   滑化された前記各相の電流値の絶対値のうちのいずれか
   １相の絶対値が第２の所定の値より小さい状態が、所定
   の時間継続された場合に欠相を検出したと判断する出力
   欠相検出方法。
2. 【請求項２】 インバータ装置から出力されている３相
   交流電流の各相の電流値を入力し、オフセット成分を除
   去した該各相の電流値を出力するハイパスフィルタ手段
   と、 該ハイパスフィルタ手段から出力された各相の電流値を
   入力して、該各相の電流値の絶対値を出力する絶対値検
   出手段と、 該絶対値検出手段から出力される各相の電流値の絶対値
   を入力し、該各相の電流値の絶対値を平滑化して出力す
   るローパスフィルタ手段と、 上位装置から入力される電流指令値が第１の所定の値よ
   り大きい場合に第１の信号を出力する運転状態比較手段
   と、 前記ローパスフィルタ手段から出力された各相の電流値
   の絶対値と第２の所定の値とを比較して、各相の第２の
   信号のうち、前記ローパスフィルタ手段から出力された
   各相の電流値の絶対値が第２の所定の値より小さい相の
   第２の信号を出力する欠相状態検出手段と、 前記第１の信号が出力されている場合に、各相の第３の
   信号のうち、第２の信号が出力されている相の第３の信
   号を出力する論理積手段と、 前記各第３の信号の出力のうち、いずれか１つの信号の
   出力が所定の時間継続された場合に、欠相を検出したと
   判断して欠相検出信号を出力する継続時間比較手段とか
   ら構成される出力欠相検出装置。
3. 【請求項３】 前記各手段は、アナログ回路で構成され
   ている請求項２記載の出力欠相検出装置。
4. 【請求項４】 前記各手段は、一定のサンプリング周期
   で離散化された前記３相交流電流および前記電流指令に
   基づいて、前記一定のサンプリング周期で動作する請求
   項２記載の出力欠相検出装置。
5. 【請求項５】 請求項２から４のいずれか１項記載の出
   力欠相検出装置を備える誘導電動機駆動用のインバータ
   装置。
6. 【請求項６】 請求項２から４のいずれか１項記載の出
   力欠相検出装置を備える同期電動機駆動用のインバータ
   装置。
7. 【請求項７】 請求項２から４のいずれか１項記載の出
   力欠相検出装置を備える誘導性負荷に交流電圧を供給す
   るインバータ装置。